2014年，一些美國的工廠開始以作物為原料制備汽車燃料，是標(biāo)志性的一年。然而，生產(chǎn)這種纖維素乙醇的成本仍然遠高于直接利用汽油。所以研究人員一直在在尋找削減成本的新方案?，F(xiàn)在，他們發(fā)現(xiàn)了一種奇妙的微生物，這種微生物可以利用富余的氮氣作為肥料去生產(chǎn)乙醇。

    Steven Ricke 是一名來自Fayetteville的Arkansas大學(xué)的微生物學(xué)家，并且著有一本關(guān)于生物燃料生產(chǎn)的專著，他對這項發(fā)現(xiàn)的評論是，“生物燃料方面的一項重大商業(yè)成就”，盡管他并未參與其中。

    由于生物燃料的環(huán)保和可持續(xù)性，長久以來，科學(xué)家們將生物燃料視為傳統(tǒng)化石燃料的有效替代品。為了從植物中得到乙醇，研究人員收割類似于木薯和甘蔗的莊稼，然后磨碎，利用相關(guān)的霉去降解，并且撒上酵母。酵母發(fā)酵植物中的糖分來產(chǎn)出乙醇。這樣生產(chǎn)的乙醇目前一般會和汽油一起，用于世界各地的轎車或者巴士燃料。

    但事物總有兩面性，生物燃料也不例外。多數(shù)的生物燃料是來自于像玉米一樣的食用作物的。批評家由此認(rèn)為生物燃料的需求上升會引起食物價格的上漲。此外，盡管生物燃料燃燒后產(chǎn)生的二氧化碳直接排放量相對于化石燃料會少一些，但是一些科學(xué)家們卻聲稱如果考慮進生產(chǎn)過程中的土地使用等因素造成的二氧化碳間接排放，其總排放量實際更高。

    所以近些年來，研究人員將目光放在了樹木和竹子之類的非食用作物上，希望將它們作為生物燃料的原料。因為這些作物所需的肥料更少，而且它們對土地的傷害更小。理想狀態(tài)下，生物燃料將由這些不能食用的植物作為原料來生產(chǎn)，例如樹木和收割食用作物之后的雜草。

    然而問題仍然存在。第一、這些植物的基本組成結(jié)構(gòu)是纖維素和半纖維素，進一步降解為簡單糖類的過程中需要的酶類卻是價格不菲。第二、發(fā)酵簡單糖類的微生物需要氮氣來生長和繁殖，這就需要在發(fā)酵罐中加入肥料來提高乙醇產(chǎn)量。據(jù)估計，一座乙醇生產(chǎn)工廠每年需要為后者花費一百萬美金。

    最近的新發(fā)現(xiàn)無疑給第二個問題帶來了解決方案。來自印第安納大學(xué)伯明頓校區(qū)的微生物學(xué)家開始利用一種芒草作為原料。這種高大的木本熱帶草類能夠在那些食用作物不能生長的地方快速生長。而且，他們采用了一種叫做Zymomonas mobilis 的細(xì)菌來進行發(fā)酵工作。這種細(xì)菌需要在高氮環(huán)境中生長，而該芒草無法提供。

    通過控制氮肥供給的有無，研究人員觀察了上述體系的乙醇產(chǎn)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沒有供給時乙醇產(chǎn)量反而更高。這正說明該細(xì)菌能利用大氣中的氮氣，或者說具有“固氮”作用。

    這項研究發(fā)表在近日的Proceedings of the National Academy of Sciences上，除了上述結(jié)論，它還表明當(dāng)這種細(xì)菌利用氮氣而不是從肥料中獲得氮時，它能更快速地進行發(fā)酵。論文作者認(rèn)為，如果這一現(xiàn)象在工廠生產(chǎn)中仍然存在，那么生物燃料生產(chǎn)的成本將得到控制；這一生產(chǎn)過程也將是環(huán)境友好的，因為生產(chǎn)氮肥料的過程中難免會有溫室氣體排放。

    不過，這一過程在大型的工業(yè)生產(chǎn)中能否實現(xiàn)也是問題的所在。來自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的分子生物技術(shù)專家 Yong-Su Jin以一個局外人的身份發(fā)表觀點：雖然使用Z. mobilis可能會因為使用了廉價的非食用作物而降低成本，但是卻有額外的成本和問題，比如說，注入凈化的氮氣就會提高成本。他還說，（注入氮氣的過程）也可能引入污染。

    總的環(huán)境效益可能是微乎其微的。即使在發(fā)酵過程中不再需要氮肥了，作物生長卻不可避免的需要。而且這項研究進展也沒有強調(diào)其他方面的環(huán)境影響，比如生長，收割和運輸作物過程中的溫室氣體排放。據(jù)西北大學(xué)的化學(xué)工程師 Fengqi You說，進一步的研究會圍繞工業(yè)級別的細(xì)菌發(fā)酵展開，綜合考慮環(huán)境和經(jīng)濟的成本收益，最終和現(xiàn)有的生產(chǎn)體系進行對比。